近日，365英国上市官网在线朱治強教授團隊在Journal of Hazardous Materials上發表了題為“EDDS添加對王草-印度梨形孢共生體系修複Cd-Cr複合污染土壤的根際生态及微生物調控的影響”的研究論文。

植物修複作為一種綠色修複技術，成為國内外土壤修複關注的焦點。利用螯合劑和微生物增強植物修複成為有效可行的強化修複措施。本研究分别采用高效液相色譜法、Biolog生态闆法、熒光定量PCR法和高通量測序法，綜合分析了土壤根系分泌物組成、土壤微生物碳源利用、關鍵基因表達和土壤微生物群落結構的調控作用。[S，S]-乙二胺二琥珀酸（EDDS）的添加可為王草-印度梨形孢（P. indica）共生體系提供良好的根際生态環境，使得土壤pH值降低0.41個單位，刺激琥珀酸和富馬酸的分泌，增強氨基酸和碳水化合物的碳源代謝活性，顯著提高王草的生物量（25.7%），從而有助于提高Cd/Cr的生物利用度。異化鐵還原菌的表達量顯著上調99.2%，而梭菌的豐度沒有顯著變化。此外，土壤根際真菌群落（子囊菌門：45.8%，羅茲菌門：16.7%）的豐富度顯著增加，可調節耐受微生物優勢類群的比例，增加Cd/Cr去除效率（Cd：23.4%，Cr：18.7%）。這些發現為螯合劑輔助植物-微生物聯合修複重金屬污染土壤提供理論依據（圖1）。

圖1 本文圖形摘要

在Cd-Cr複合污染土壤中，Cd和Cr主要積累在地上部。結果表明，EDDS的施用和P. indica的接種協同促進重金屬在植株各部位的積累，尤其是地上部（圖2）。

圖2 王草地上部和根部Cd/Cr的積累量情況。不同的字母表示處理之間的顯著差異（P<0.05）。雙因素方差分析A：添加EDDS；B：接種P. indica；A×B表示A和B之間的相互作用。*：P<0.05；**：P<0.01

整體而言，細菌核心微生物群落随着時間的推移，綠彎菌門（Chloroflexi）、酸杆菌門（Acidobacteria）和未分類細菌門（Unclassified bacteria）趨于減少，厚壁菌門（Firmicutes）在植物生長前、中期的豐度趨于平緩，但在後期出現高峰增長，變形杆菌（Proteobacteria）呈現先減少後增加的趨勢（圖3）。

圖3 不同處理下主要根際細菌（a）和真菌（b）在門水平的相對豐度

由Spearson相關系數顯示，Proteobacteria、Gemmatimonadota、Basidiomycota、琥珀酸和水楊酸與土壤Cd或Cr有效态含量呈顯著正相關（P<0.05）（圖4）。結構方程模型分析表明，強化措施（EDDS施用和P. indica接種）不僅對Cd和Cr的去除效率有直接影響，還通過刺激植物生長、改變土壤理化性質、影響根系分泌物組成和土壤微生物群落結構來間接影響Cd和Cr的去除效率（圖5）。

圖4 土壤變量與微生物群落結構和根系分泌物之間的關系。*表示P<0.05；**表示P<0.01

圖5 結構方程模型。對于每一種關系，在箭頭旁邊提供一個标準化系數，箭頭權重與标準化系數成正比；模型拟合良好，拟合優化度F=0.621；藍色箭頭為正路徑；紅色箭頭為負路徑

P.Indica能夠在王草根部定殖，促進王草農藝性狀的改善。施用5.0 mmol kg-1 EDDS能顯著增強王草-P. indica共生體系對Cd和Cr的提取量，主要是由于土壤pH降低，土壤Cd和Cr的生物有效性增加，這與王草對水楊酸和檸檬酸分泌量的增加有關，根系分泌物為土壤Cd/Cr的活化提供有利的根際微環境。生物可降解螯合劑EDDS的應用對真菌群落結構産生顯著影響，而對細菌群落結構影響較小。施用EDDS顯著提高了共生體系中碳水化合物、氨基酸和聚合物的碳源利用率，通過上調異化鐵還原菌基因的表達量，改善土壤微生物群落結構，将土壤Cd和Cr的毒性降至最低。綜上所述，采用P. indica-王草共生體系與EDDS強化的聯合修複策略，具有協同效應，可用于輕度Cd-Cr複合污染土壤的修複，可為揭示綠色螯合劑在重金屬複合污染土壤修複中植物-内生菌體系的協同調控機制提供新見解。

第一作者：張海祥，張楷露

通訊作者：朱治強

原文鍊接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2023.133266

（供稿:朱治強，審核：餘文剛）